KR20060054464A

KR20060054464A - 에너지 공급용 코일 및 이를 이용한 무선형 피검체 내 정보취득 시스템

Info

Publication number: KR20060054464A
Application number: KR1020067005347A
Authority: KR
Inventors: 쯔또무 나까무라; 후까시 요시자와; 가즈야 마쯔모또; 하츠오 시미즈
Original assignee: 올림푸스 가부시키가이샤
Priority date: 2003-09-18
Filing date: 2004-09-07
Publication date: 2006-05-22
Also published as: EP1665977A1; WO2005027737A1; KR100856983B1; CN100457018C; CN1852674A; CA2537074A1; JP4153852B2; JP2005087552A; US20050065407A1; EP1665977A4; AU2004273709B2; AU2004273709A1

Abstract

저전압으로 에너지 효율이 높은 에너지 공급용 코일 및 이를 이용한 무선형 피검체 내 정보 취득 시스템을 제공하는 것을 목적으로 하고, 피검체 내부에 도입된 상태로 사용되고, 상기 피검체 내부에 있어서 소정의 기능을 실행하는 캡슐형 내시경(3)에 대해 에너지를 공급하는 에너지 공급용 코일(100)이며, 캡슐형 내시경(3)이 통과하는 피검체 부분의 외부에 권취되고, 이 권취에 의해 형성된 코일의 내부 공간(101)에 캡슐형 내시경(3)이 배치된다.

캡슐형 내시경, 에너지 공급용 코일, 피검체, 표시 장치, 발진기

Description

에너지 공급용 코일 및 이를 이용한 무선형 피검체 내 정보 취득 시스템{ENERGY SUPPLY COIL AND RADIO SYSTEM FOR ACQUIRING INFORMATION IN OBJECT USING IT}

본 발명은 피검체 내부에 도입된 상태로 사용되고, 상기 피검체 내부에 있어서 소정의 기능을 실행하는 피검체 내 도입 장치에 대해 피검체 밖으로부터 에너지를 공급하는 에너지 공급용 코일 및 이를 이용한 무선형 피검체 내 정보 취득 시스템에 관한 것이다.

최근, 내시경 분야에 있어서는 삼킴형의 캡슐형 내시경이 등장하고 있다. 이 캡슐형 내시경에는, 촬상 기능과 무선 통신 기능이 구비되어 있다. 캡슐형 내시경은 관찰(검사)을 위해 환자의 입으로부터 삼켜진 후, 인체로부터 자연 배출될 때까지의 동안, 체강 내, 예를 들어 위, 소장 등의 장기의 내부를 그 연동 운동에 따라서 이동하여, 순차 촬상하는 기능을 갖는다.

체강 내를 이동하는 동안, 캡슐형 내시경에 의해 체내에서 촬상된 화상 데이터는, 차례로 무선 통신에 의해 외부로 송신되어 메모리에 축적된다. 환자가 이 무선 통신 기능과 메모리 기능을 구비한 수신기를 휴대함으로써, 환자는 캡슐형 내시경을 삼킨 후 배출될 때까지의 기간이라도 자유롭게 행동할 수 있다. 이 후, 의 사 혹은 간호사에게 있어서는 메모리에 축적된 화상 데이터를 기초로 하여 장기의 화상을 디스플레이에 표시시켜 진단을 행할 수 있다.

이러한 캡슐형 내시경은, 내장된 전력 공급원으로부터 구동 전력을 얻는 구성으로 해도 좋지만, 최근 캡슐형 내시경에 대해 외부로부터 무선 송신을 거쳐서 구동 전력을 공급하는 구성이 주목받고 있다. 이와 같이, 외부로부터 전력을 공급하는 구성으로 함으로써, 캡슐형 내시경이 체강 내를 이동하는 도중에 의도하지 않게 전력이 모두 소비되어 구동이 정지하는 것을 회피하는 것이 가능하다.

한편, 문헌(「마이크로머신으로 인한 무선에 의한 제어·에너지 공급으로 하는 연구」오오이와 등, 1993년 정밀 공학회 추계 대회 학술 강연회 논문집 pp99 내지 101)에는, 마이크로머신에 대해 급전용 코일을 이용하여 에너지를 공급하는 것이 기재되어 있다. 이 급전 방식은, 급전용 코일을 300 mm 사방의 나무 프레임에 50회 거듭 권취한 것에, 급전용 코일의 단자간 전압 520 Vp-p를 가하여 약 34 W의 에너지를 송출하고, 수전 코일에 의해 20 내지 30 mW를 얻고 있다. 전달 효율은 0.065 내지 0.09 ％ 정도이다.

그러나, 상술한 문헌에 기재된 급전 방식을 캡슐형 내시경에 대한 에너지 공급에 채용하려고 한 바, 0.1 ％ 이하의 전달 효율로, 에너지 효율이 매우 나쁘다고 하는 문제점이 있었다. 특히, 캡슐형 내시경에 대한 급전의 에너지원은 피검체가 휴대하는 것이 바람직하기 때문에 가능한 한 높은 에너지 효율인 것이 바람직하다.

또한, 문헌에 기재된 급전 방식에서는, 급전 코일에 500 V를 넘는 고전압이 인가되어 있으므로, 피검체 내에 도입된 캡슐형 내시경에 대해 급전할 때에 있어서 의 인체의 안전성 확보에 문제가 있다.

본 발명은 상기에 비추어 이루어진 것이며, 저전압으로 에너지 효율이 높은 에너지 공급용 코일 및 이를 이용한 무선형 피검체 내 정보 취득 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 과제를 해결하고 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 관한 에너지 공급용 코일은 피검체 내부에 도입된 상태로 사용되고, 상기 피검체 내부에 있어서 소정의 기능을 실행하는 피검체 내 도입 장치에 대해 에너지를 공급하는 에너지 공급용 코일이며, 상기 피검체 내 도입 장치가 통과하는 피검체 부분의 외부에 권취되고, 이 권취에 의해 형성된 코일의 내부 공간에 상기 피검체 내 도입 장치가 배치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 관한 에너지 공급용 코일은 상기한 발명에 있어서 상기 코일의 피치는 거의 일정한 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 관한 에너지 공급용 코일은 상기한 발명에 있어서 상기 코일은 복수의 루프와 각 루프의 급전점을 공통 접속하는 급전선을 구비한 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 관한 에너지 공급용 코일은 상기한 발명에 있어서 상기 코일은 각각 개별적으로 급전되는 1 권취 이상의 코일에 의해 상기 내부 공간을 형성하는 코일군인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 관한 에너지 공급용 코일은 상기한 발명에 있어서 피검체 내 도입 장치의 위치에 따라서 상기 코일군의 임의의 코일에 대해 급전하는 급전 제어 수단을 더 구비한 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 관한 에너지 공급용 코일은 상기한 발명에 있어서 상기 코일의 직경은 상기 피검체의 몸통의 직경과 거의 동일한 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 관한 에너지 공급용 코일은 상기한 발명에 있어서 상기 내부 공간을 형성하는 코일의 축방향 길이에 대한 상기 코일의 반경의 비는 0.1 내지 3인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 관한 에너지 공급용 코일은 상기한 발명에 있어서 상기 코일의 구동 주파수는 1 MHz 미만인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 관한 에너지 공급용 코일은 상기한 발명에 있어서 상기 코일에 공급되는 전압은 100 V 미만인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 관한 에너지 공급용 코일은 상기한 발명에 있어서 상기 코일의 구동 주파수와 상기 코일의 자기 인덕턴스와 상기 코일에 흐르는 전류와 값(2π)을 승산한 값인 전압이 100 V 미만이 되도록 자기 인덕턴스를 설정하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 관한 에너지 공급용 코일은 상기한 발명에 있어서 상기 코일의 저항은 100 Ω 미만인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 관한 에너지 공급용 코일은 상기한 발명에 있어서 상기 코일은 신축 가능한 소재에 매립되거나, 혹은 부착되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 관한 무선형 피검체 내 정보 취득 시스템은 피검체 내부에 도입되는 피검체 내 도입 장치와, 피검체 외부에 배치되고 상기 피검체 내 도입 장치에 의해 얻어진 정보를 무선 통신을 거쳐서 취득하는 동시에 상기 피검체 내 도입 장치에 대해 에너지를 공급하는 송수신 장치를 구비한 무선형 피검체 내 정보 취득 시스템이며, 상기 피검체 내 도입 장치는 소정의 기능을 실행하는 기능 실행 수단과, 상기 기능 실행 수단에 의해 얻어진 정보를 무선 송신하는 무선 수단과, 상기 에너지를 수신하는 에너지 수신 수단과, 상기 송수신 장치는 상기 무선 수단으로부터 송신된 정보를 수신하는 무선 수신 수단과, 상기 에너지 수신 수단에 대해 에너지를 공급하는 청구항 1 내지 12항 중 어느 한 항에 기재된 에너지 공급용 코일을 포함하는 에너지 공급 수단과, 수신한 정보를 해석하는 처리 수단을 구비한 것을 특징으로 한다.

도1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 무선형 피검체 내 정보 취득 시스템의 전체 구성을 도시한 모식도이다.

도2는 도1에 도시한 무선형 피검체 내 정보 취득 시스템을 구성하는 송수신 장치의 구성을 모식적으로 도시한 블록도이다.

도3은 도1에 도시한 무선형 피검체 내 정보 취득 시스템을 구성하는 캡슐형 내시경의 구성을 모식적으로 도시한 블록도이다.

도4는 에너지 공급 코일의 개요 구성을 도시한 도면이다.

도5는 효율적인 코일의 길이에 대한 코일의 반경의 비의 의존성을 나타낸 도면이다.

도6은 담수 및 해수에 대한 전자파의 흡수 계수의 주파수 의존성을 나타낸 도면이다.

도7은 코일에 의해 발생되는 축 상의 자계를 설명하는 도면이다.

도8은 본 발명의 제2 실시 형태인 에너지 공급용 코일의 개요 구성을 도시한 도면이다.

도9는 본 발명의 제3 실시 형태인 에너지 공급용 코일의 개요 구성을 도시한 도면이다.

이하, 본 발명에 대해 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 또한, 본 실시 형태에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.

(제1 실시 형태)

우선, 제1 실시 형태에 관한 무선형 피검체 내 정보 취득 시스템에 대해 설명한다. 본 제1 실시 형태에 관한 무선형 피검체 내 정보 취득 시스템은 피검체 내 도입 장치의 일예로서 캡슐형 내시경을 들어 설명한다.

도1은 본 제1 실시 형태에 관한 무선형 피검체 내 정보 취득 시스템의 전체 구성을 도시한 모식도이다. 도1에 도시한 바와 같이, 무선형 피검체 내 정보 취득 시스템은 무선 송수신 기능을 갖는 송수신 장치(2)와, 피검체(1)의 체내에 도입되고 송수신 장치(2)로부터 송신된 무선 신호로부터 얻어지는 구동 전력에 의해 동작하고, 체강 내 화상을 촬상하여 송수신 장치(2)에 대해 데이터 송신을 행하는 캡슐형 내시경(3)을 구비한다. 또한, 무선형 피검체 내 정보 취득 시스템은 송수신 장 치(2)가 수신한 데이터를 기초로 하여 체강 내 화상을 표시하는 표시 장치(4)와, 송수신 장치(2)와 표시 장치(4) 사이의 데이터 교환을 행하기 위한 휴대형 기록 매체(5)를 구비한다. 송수신 장치(2)는, 피검체(1)에 의해 착용되는 송수신 재킷(2a)과, 송수신 재킷(2a)을 거쳐서 송수신되는 무선 신호의 처리 등을 행하는 외부 장치(2b)를 구비한다.

표시 장치(4)는 캡슐형 내시경(3)에 의해 촬상된 체강 내 화상을 표시하기 위한 것으로, 휴대형 기록 매체(5)에 의해 얻어지는 데이터를 기초로 하여 화상 표시를 행하는 워크 스테이션 등과 같은 구성을 갖는다. 구체적으로는, 표시 장치(4)는 CRT 디스플레이, 액정 모니터 등에 의해 직접 화상을 표시하는 구성으로 해도 좋고, 프린터 등과 같이 다른 매체에 화상을 출력하는 구성으로 해도 좋다.

휴대형 기록 매체(5)는, 외부 장치(2b) 및 표시 장치(4)에 대해 착탈 가능하며, 양자에 대한 삽입 부착시에 정보의 출력 또는 기록이 가능한 구조를 갖는다. 구체적으로는, 휴대형 기록 매체(5)는 캡슐형 내시경(3)이 피검체(1)의 체강 내를 이동하고 있는 동안에는 외부 장치(2b)에 삽입 부착되어 캡슐형 내시경(3)으로부터 송신되는 데이터를 기록한다. 그리고, 캡슐형 내시경(3)이 피검체(1)로부터 배출된 후, 즉 피검체(1)의 내부의 촬상이 종료된 후에는 외부 장치(2b)로부터 취출되어 표시 장치(4)에 삽입 부착되고, 표시 장치(4)에 의해 기록한 데이터가 판독되는 구성을 갖는다. 외부 장치(2b)와 표시 장치(4) 사이의 데이터 교환을 콤팩트 플래시(등록 상표) 메모리 등의 휴대형 기록 매체(5)에 의해 행함으로써 외부 장치(2b)와 표시 장치(4) 사이가 유선 접속된 경우와 달리, 피검체(1)가 체강 내의 촬영 중 에 자유롭게 동작하는 것이 가능해진다.

송수신 장치(2)는 캡슐형 내시경(3)에 대해 전력 송신을 행하는 급전 장치로서의 기능을 갖는 동시에, 캡슐형 내시경(3)으로부터 송신된 체강 내 화상 데이터를 수신하는 수신 장치로서의 기능도 갖는다. 도2는 송수신 장치(2)의 구성을 모식적으로 도시한 블록도이다. 도2에 도시한 바와 같이, 송수신 장치(2)는 피검체(1)에 의해 착용 가능한 형상을 갖고, 수신용 안테나(A1 내지 An) 및 급전용 안테나(에너지 공급용 코일)(B)를 구비한 송수신 재킷(2a)과, 송수신된 무선 신호의 처리 등을 행하는 외부 장치(2b)를 구비한다.

외부 장치(2b)는 캡슐형 내시경(3)으로부터 송신된 무선 신호의 처리를 행하는 기능을 갖는다. 구체적으로는, 외부 장치(2b)는 도2에 도시한 바와 같이 수신용 안테나(A1 내지 An)에 의해 수신된 무선 신호에 대해 소정의 처리를 행하고, 무선 신호 중으로부터 캡슐형 내시경(3)에 의해 취득된 화상 데이터를 취출하여 출력하는 RF 수신 유닛(11)과, 출력된 화상 데이터에 필요한 처리를 행하는 화상 처리 유닛(12)과, 화상 처리가 실시된 화상 데이터를 기록하기 위한 기억 유닛(13)을 구비한다. 또한, 기억 유닛(13)을 거쳐서 휴대형 기록 매체(5)에 화상 데이터가 기록된다.

또한, 외부 장치(2b)는 캡슐형 내시경(3)에 대해 송신하는 무선 신호의 생성을 행하는 기능을 갖는다. 구체적으로는, 외부 장치(2b)는 급전용 신호의 생성 및 발진 주파수의 규정을 행하는 발진기(14)와, 캡슐형 내시경(3)의 구동 상태의 제어를 위한 제어 정보 신호를 생성하는 제어 정보 입력 유닛(15)과, 급전용 신호와 제 어 정보 신호를 합성하는 중첩 회로(16)와, 합성된 신호의 강도를 증폭하는 증폭 회로(17)를 구비한다. 증폭 회로(17)에서 증폭된 신호는, 급전용 안테나(B)로 보내지고 캡슐형 내시경(3)에 대해 송신된다. 또한, 외부 장치(2b)는 소정의 축전 장치 또는 AC 전원 어댑터 등을 구비한 전력 공급 유닛(18)을 구비하고, 외부 장치(2b)의 구성 요소는 전력 공급 유닛(18)으로부터 공급되는 전력을 구동 에너지로 하고 있다.

다음에, 캡슐형 내시경(3)에 대해 설명한다. 도3은 캡슐형 내시경(3)의 구성을 모식적으로 도시한 블록도이다. 도3에 도시한 바와 같이, 캡슐형 내시경(3)은 피검체(1)의 내부를 촬영할 때에 촬상 영역을 조명하기 위한 LED(19)와, LED(19)의 구동 상태를 제어하는 LED 구동 회로(20)와, LED(19)에 의해 조명된 영역의 촬상을 행하는 CCD(21)와, CCD(21)로부터 출력된 화상 신호를 원하는 형식의 촬상 정보로 처리하는 신호 처리 회로(22)를 구비한다. 또한, 캡슐형 내시경(3)은 CCD(21)의 구동 상태를 제어하는 CCD 구동 회로(26)와, CCD(21)에 의해 촬상되고 신호 처리 회로(22)에 의해 화상 데이터를 변조하여 RF 신호를 생성하는 RF 송신 유닛(23)과, RF 송신 유닛(23)으로부터 출력된 RF 신호를 송신하는 송신 안테나부(24)와, LED 구동 회로(20), CCD 구동 회로(26) 및 RF 송신 유닛(23)의 동작을 제어하는 시스템 제어 회로(32)를 구비한다. 또한, CCD(21), 신호 처리 회로(22) 및 CCD 구동 회로(26)를 통합하여 촬상 회로(40)라 한다.

이들 기구를 구비함으로써, 캡슐형 내시경(3)은 피검체(1) 내에 도입되어 있는 동안, LED(19)에 의해 조명된 피검 부위의 화상 정보를 CCD(21)에 의해 취득한 다. 그리고, 취득된 화상 정보는 신호 처리 회로(22)에 의해 신호 처리되고, RF 송신 유닛(23)에 있어서 RF 신호로 변환된 후, 송신 안테나부(24)를 거쳐서 외부로 송신된다.

또한, 캡슐형 내시경(3)은 송수신 장치(2)로부터 보내져 온 무선 신호를 수신하는 수신 안테나부(25)와, 수신 안테나부(25)에서 수신한 신호로부터 급전용 신호를 분리하는 분리 회로(27)를 구비한다. 또한, 캡슐형 내시경(3)은 분리된 급전용 신호로부터 전력을 재생하는 전력 재생 회로(28)와, 재생된 전력을 승압하는 승압 회로(29)와, 승압된 전력을 축적하는 축전기(30)를 구비한다. 또한, 캡슐형 내시경(3)은 분리 회로(27)에서 급전용 신호로 분리된 성분으로부터 제어 정보 신호의 내용을 검출하고, 필요에 따라서 LED 구동 회로(20), CCD 구동 회로(26) 및 시스템 제어 회로(32)에 대해 제어 신호를 출력하는 제어 정보 검출 회로(31)를 구비한다. 또한, 제어 정보 검출 회로(31) 및 시스템 제어 회로(32)는 축전기(30)로부터 공급되는 구동 전력을 다른 구성 요소에 대해 분배하는 기능도 갖는다.

이들 기구를 구비함으로써, 캡슐형 내시경(3)은 우선 송수신 장치(2)로부터 보내져 온 무선 신호를 수신 안테나부(25)에 있어서 수신하고, 수신한 무선 신호로부터 급전용 신호 및 제어 정보 신호를 분리한다. 제어 정보 신호는, 제어 정보 검출 회로(31)를 경유하여 LED 구동 회로(20), CCD 구동 회로(26) 및 시스템 제어 회로(32)에 출력되고, LED(19), CCD(21) 및 RF 송신 유닛(23)의 구동 상태의 제어에 사용된다. 한편, 급전용 신호는 전력 재생 회로(28)에 의해 전력으로서 재생되고, 재생된 전력은 승압 회로(29)에 의해 전위를 축전기(30)의 전위까지 승압한 후 , 축전기(30)에 축적된다. 축전기(30)는, 시스템 제어 회로(32) 외의 구성 요소에 대해 전력을 공급 가능한 구성을 갖는다. 이와 같이, 캡슐형 내시경(3)은 송수신 장치(2)로부터의 무선 송신에 의해 전력이 공급되는 구성을 갖는다.

여기서, 급전용 안테나(B)는, 도4에 도시한 에너지 공급용 코일(100)에 의해 실현된다. 이 에너지 공급용 코일(100)은, 도4에 도시한 바와 같이 피검체(1)가 포함되는 통 형상의 내부 공간(101)을 형성하도록 도선이 내부 공간(101)의 주위를 코일 상에 권취되고, 자기 결합 급전에 의해 캡슐형 내시경(3)에 급전한다. 여기서, 에너지 공급용 코일(100)은 자기 인덕턴스가 낮아지도록 성기게 권취되는 원통형 솔레노이드 코일이다. 에너지 급전용 코일(100)의 각 단부측에는, 앰프(102, 103)가 설치된다. 이 앰프(102, 103)는, 도2에 도시한 외부 장치(2b) 내의 증폭 회로(17)에 대응한다. 또한, 에너지 공급용 코일(100)은 송수신 재킷(2a)에 매립되거나, 혹은 부착된다. 송수신 재킷(2a)은, 신축 가능한 소재로 형성되어 있고, 에너지 공급용 코일(100)은 피검체(1)의 몸통부에 비해 약간 여유를 갖게 하는 내부 공간을 형성할 수 있도록 길게 형성된다. 이 경우, 송수신 재킷(2a)은 신축 가능하므로 피검체(1)의 견부 및 몸통에 꼭 맞고, 에너지 공급용 코일도 피검체(1)에 밀착하게 된다. 에너지 공급용 코일(100)이 형성하는 내부 공간(101)은 캡슐형 내시경(3)이 피검체 내를 통과하는 위치에 대응하여 형성된다. 또한, 에너지 공급용 코일(100)의 피치는 거의 동일하게 설정되어 있다.

에너지 공급용 코일(100)의 축 방향의 길이를 l이라 하고, 반경을 d라 하고, 권취수를 N이라 하고, 흐르는 전류를 I라 하면, 에너지 공급용 코일(100)의 코일 중심 자기장(H)은,

H = N·I√(l² + d²)

가 된다. 즉, 코일 중심 자기장(H)은 권취수(N)와 전류(I)에 비례하게 된다. 한편, 에너지 공급용 코일(100)의 자기 인덕턴스(L)는,

L = K·μ·N²·π·d²/l

이 된다. 여기서, K는 장강 계수이며, μ는 투자율이다.

한편, 에너지 공급용 코일(100)에 전류(I)를 흘렸을 때의 역기전력(Vr)은,

Vr = 2π·f·L·I

에 근사되므로, 에너지 공급용 코일(100)의 구동에 필요한 전압(V)은,

V = 2π·f·L·I

로서 근사된다. 또한, f는 에너지 공급용 코일(100)에 공급되는 교류 전류의 주파수이다.

따라서, 구동 전력(V·I)에 대한 발생 자계(H)의 효율(η)은,

η = H/(V·I)

= N·I/√(l² + d²)/(2π·f·L·I²)

로서 나타낼 수 있다. 여기서, 권취수(N), 반경(d), 주파수(f) 및 전류(I)를 정수로 한 경우에 있어서의 효율(η)을 효율(ξ)이라 하면(이하의 식의 K2는 비례 정수),

ξ = 1/{K2·√(1 + (d/l)²)}

로 나타낼 수 있고, 이 효율(ξ)을 최대로 하는 길이(l)를 갖는 에너지 공급용 코일(100)로 함으로써 에너지 전달 효율이 최대가 된다.

그래서, 효율(ξ)의 길이(l)에 대한 반경(d)의 비(d/l)의 의존성을 구하면, 도5에 나타낸 바와 같다. 도5에 나타낸 바와 같이, 효율(ξ)은 비(d/l)가 1일 때에 최대가 되고, 80 ％ 이상의 효율(ξ)을 얻는 비(d/l)의 범위는 0.1 내지 3이었다.

다음에, 에너지 공급용 코일(100)에 인가하는 전류(I)의 주파수(f)에 대해 설명한다. 도6은 담수 및 해수의 전자파의 흡수 계수에 대한 주파수 의존성을 나타낸 도면이다. 도6에 있어서, 실선으로 나타낸 곡선(L1)은, 담수의 흡수 계수를 나타내고, 파선으로 나타낸 곡선(L2)은 해수의 흡수 계수를 나타내고 있다. 여기서, 인체의 구성은 생리 식염수에 가까운 해수로 근사할 수 있고, 인체의 흡수 계수는 해수의 흡수 계수로서 파악할 수 있다. 해수의 흡수 계수는, 주파수의 증대와 함께 커지는 경향을 갖고, 주파수가 10⁸ Hz에서 흡수 계수가 대략 1이 된다. 흡수 계수가 1이라는 것은, 1 cm에서 거의 흡수되는 것을 의미한다. 즉, 주파수가 높고, 예를 들어 GHz 정도가 되면 공급되는 에너지는 인체에 거의 흡수되어, 캡슐형 내시경(3)에 도달되지 않게 된다. 그래서, 인체를 고려하면 흡수되는 길이가 10 cm 이상이 되는 1 MHz 이하로 하는 주파수(f)를 선택하는 것이 필요하다. 실제로는, 인체의 신장을 100 cm 정도로 하고, 주파수 100 kHz대를 선택하는 것이 적절 하며, 그 때의 흡수 계수는 10^-2 정도이다.

또한, 에너지 공급용 코일(100)에 인가되는 전압(V)은, 100 V 정도 혹은 그 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, 에너지 공급용 코일(100)로부터 피검체(1)에 인가되는 자계는 법 규제를 만족할 필요가 있다. 즉, 전압(V)은 자기 인덕턴스(L) = K·μ·N²·π·d²/l이므로,

V = 2π·f·L·I

= 2π·f·I·K·μ·N²·π·d²/l

≤ 100 (V)

를 만족하고,

규제의 코일 중심 자기장(Hc)으로 한 경우에, 코일 중심 자기장(H)은,

H = N·I/√(l² + d²)

< Hc

를 만족해야만 해, 이들에 의해 전류(I) 및 권취수(N)기 제한되게 된다.

또한, 에너지 공급용 코일(100)의 저항(R)은 줄열에 의해 손실이 발생되기 때문에 효율에 영향을 미치므로, 저항(R)은 100 Ω 미만으로 하는 것이 바람직하다.

여기서, 에너지 공급용 코일(100)의 권취수(N)의 하한 및 상한에 대해 설명한다. 우선, 권취수(N)의 하한에 대해 설명하면, 도7에 도시한 바와 같이 단일의 코일이 배치된 경우, 코일 중심축(z축) 상의 자계(Bz)는,

Bz = μ·I·N·d²/(2(d² + r²)^3/2)

로서 나타낼 수 있다. 또한, r은 코일 중심으로부터의 거리이다. 여기서, 정수인 μ·I·N/2의 값을 K3으로 두고 r = 0 (m)로 하면,

Bz = K3·d²/((d² + r²)^3/2)

= K3/d

가 된다. 그래서, 일정한 거리(r) 떨어진 곳에 있어서의 자계(Bz)의 저하의 비(LB)는,

LB = K3·d²/((d² + r²)^3/2)/(K3/d)

= d³/((d² + r²)^3/2)

가 된다. 여기서, z축 상에 있어서 자계(Bz)가 50 ％로 저하하는 위치에 있어서, 대향하는 코일(r)의 자계에 의해 보간되는 것으로 하면, 이 50 ％로 저하된 자계는 r = 0 (m)의 위치에 있어서의 자계와 동일한 자계를 얻을 수 있다. 이 때의 r은,

0.5 = d³/((d² + r²)^3/2)

를 풀어냄으로써 얻어지고, r = 0.766·d가 된다. 여기서, d = 0.15 m로 하면 r = 0.115 m = 11.5 cm가 된다. 거리(r)는 코일 간격(피치)의 절반의 값이므로, 코일 간격의 최대치는 23 cm가 된다. 여기서, 몸통의 길이를 40 cm 이상이라 하면, 적어도 3 권취 필요하며, 몸통의 절곡 등을 고려하여 여유를 취하면 최소 4 권취 이 상 필요해진다.

다음에, 에너지 공급용 코일(100)의 권취수(N)의 상한에 대해 설명한다. 이 권취수(N)의 상한은, 코일의 유도 리액턴스에 의해 구할 수 있다. 저항의 차원을 갖는 유도 리액턴스(Xl)는, Xl = 2π·f·L로서 나타낼 수 있다. 한편, 에너지 공급용 코일(100)의 자기 인덕턴스(L)는 L = K·μ·N²·π·d²/l이므로 유도 리액턴스(Xl)는,

Xl = 2π·f·K·μ·N²·π·d²/l

로서 나타낼 수 있다.

에너지 공급용 코일(100)의 저항(R)의 값과 동일한 정도의 유도 리액턴스가 발생되기 시작하면, 코일의 인덕턴스가 전력 손실의 주요인이 된다. 그래서, 저항(R)의 값의 상한을 100 Ω이라 하면,

R = 100 Ω

= Xl

= 2π·f·K·μ·N²·π·d²/l

이고, 주파수(f) = 100 kHz, K = 0.85, μ = 4π10^-7, d = 0.15 m, l = 0.4 m를 대입하면, N = 29가 구해진다. 즉, 주파수가 100 kHz인 경우에, 코일의 권취는 29회 이하로 할 필요가 있다.

여기서, 대향한 코일에 의해 자기장을 형성하는 대향 코일과, 본 제1 실시 형태에서 나타낸 원통 솔레노이드형 코일과의 전력 효율 비교를 행하면, 원통 솔레노이드형 코일 쪽이 약 5배 강한 자계를 발생할 수 있다. 또한, 동일 저항을 갖는 코일에 동일 전류를 흘리는 것을 조건으로 하고 있다.

본 제1 실시 형태에서는, 에너지 급전용 코일(100)의 자기 인덕턴스를 낮게 설정하도록 하고 있기 때문에, 코일에 동일한 교류 전류를 흘릴 때의 구동 전압을 낮게 억제할 수 있으므로 코일의 직렬 기생 저항에 의한 줄열의 발생을 저감시킬 수 있고, 무효 전력을 억제하여 에너지 전달 효율을 높일 수 있다. 또한, 에너지 급전용 코일(100)의 자기 인덕턴스를 낮게 설정하고 있으므로, 코일의 단자 사이에 고전압이 발생하지 않게 되어 인체에 대한 안전성을 높일 수 있다.

(제2 실시 형태)

다음에, 본 발명의 제2 실시 형태에 대해 설명한다. 상술한 제1 실시 형태에서는, 원통 솔레노이드형의 코일을 에너지 공급용 코일로서 이용하고 있었지만, 본 제2 실시 형태에서는 복수의 루프를 공통의 급전선에 접속한 형태로 하고 있다.

도8은 본 발명의 제2 실시 형태인 에너지 공급용 코일의 개요 구성을 도시한 도면이다. 도8에 도시한 바와 같이, 이 에너지 공급용 코일(200)은 복수의 루프(201 내지 205)와, 각 루프(201 내지 205)의 일단부를 공통의 급전선(206, 207)으로 공통 접속하도록 하고 있다.

본 제2 실시 형태에서는, 제1 실시 형태와 동일한 자기장을 형성할 수 있는 동시에, 급전선(206, 207)에 의해 각 루프(201 내지 205)를 전개할 수 있다. 즉, 송수신 재킷(2a)의 전방면에 급전선(206, 207)을 설치하고, 이 급전선(206, 207) 사이에서 개방할 수 있는 재킷으로 함으로써 코일 사이의 전기적 접속이 불필요해진다.

또한, 각 루프(201 내지 205)에 흐르는 전류치를 동일하게 함으로써, 급전선(206)과 급전선(207)의 저항치를 각 루프(201 내지 205)의 저항치보다도 충분히 낮게 설정한다.

(제3 실시 형태)

다음에, 본 발명의 제3 실시 형태에 대해 설명한다. 본 제3 실시 형태에서는, 에너지 공급 코일을 복수의 루프로 형성하는 동시에, 각 루프에 대한 급전을 개별적으로 행하도록 하고 있다.

도9는 본 발명의 제3 실시 형태인 에너지 공급용 코일의 개요 구성을 도시한 도면이다. 도9에 있어서, 이 에너지 공급용 코일(300)은 복수의 루프(301 내지 305)를 갖고 각 루프(301 내지 305)마다 개별적인 급전을 행하도록 하고 있다. 또한, 각 루프(301 내지 305)의 급전선은 각각 절환 제어부(310)에 접속되고, 절환 제어부(310)는 각 루프(301 내지 305)가 형성하는 내부 공간 내에 있어서 캡슐형 내시경(3)의 위치에 대응하는 1 이상의 루프를 급전하도록 제어한다. 또한, 절환 제어부(310)는 외부 장치(2b) 내에 설치되고, 캡슐형 내시경(3)의 위치 정보를 바탕으로 절환 제어를 행한다.

본 제3 실시 형태에서는, 필요 최소한의 루프에만 급전을 행하도록 하고 있으므로, 급전에 수반하는 전력 소비를 효율적으로 행할 수 있다.

본 발명에 관한 에너지 공급용 코일은, 자기 인덕턴스의 영향을 적게 한 코 일 형상 혹은 코일 배치로 하고 있으므로, 피검체 내 도입 장치에 대한 에너지 공급 효율을 각별히 향상시킬 수 있는 동시에, 공급 전압을 낮게 억제할 수 있으므로 인체에 대한 안전성을 확보할 수 있는 효과를 발휘한다.

이상과 같이, 본 발명은 피검체 내부에 도입된 상태로 사용되고, 상기 피검체 내부에 있어서 소정의 기능을 실행하는 피검체 내 도입 장치에 대해 피검체 밖으로부터 에너지를 공급하는 에너지 공급용 코일 및 이를 이용한 무선형 피검체 내 정보 취득 시스템에 적합하다.

Claims

피검체 내부에 도입된 상태로 사용되고, 상기 피검체 내부에 있어서 소정의 기능을 실행하는 피검체 내 도입 장치에 대해 에너지를 공급하는 에너지 공급용 코일이며,

상기 피검체 내 도입 장치가 통과하는 피검체 부분의 외부에 권취되고, 이 권취에 의해 형성된 코일의 내부 공간에 상기 피검체 내 도입 장치가 배치되는 것을 특징으로 하는 에너지 공급용 코일.
제1항에 있어서, 상기 코일의 피치는 거의 일정한 것을 특징으로 하는 에너지 공급용 코일.
제1항에 있어서, 상기 코일은 복수의 루프와 각 루프의 급전점을 공통 접속하는 급전선을 구비한 것을 특징으로 하는 에너지 공급용 코일.
제1항에 있어서, 상기 코일은 각각 개별적으로 급전되는 1 권취 이상의 코일에 의해 상기 내부 공간을 형성하는 코일군인 것을 특징으로 하는 에너지 공급용 코일.
제4항에 있어서, 피검체 내 도입 장치의 위치에 따라서 상기 코일군의 임의 의 코일에 대해 급전하는 급전 제어 수단을 더 구비한 것을 특징으로 하는 에너지 공급용 코일.
제1항에 있어서, 상기 코일의 직경은 상기 피검체의 몸통의 직경과 거의 동일한 것을 특징으로 하는 에너지 공급용 코일.
제1항에 있어서, 상기 내부 공간을 형성하는 코일의 축방향 길이에 대한 상기 코일의 반경의 비는, 0.1 내지 3인 것을 특징으로 하는 에너지 공급용 코일.
제1항에 있어서, 상기 코일의 구동 주파수는 1 MHz 미만인 것을 특징으로 하는 에너지 공급용 코일.
제1항에 있어서, 상기 코일에 공급되는 전압은 100 V 미만인 것을 특징으로 하는 에너지 공급용 코일.
제1항에 있어서, 상기 코일의 구동 주파수와 상기 코일의 자기 인덕턴스와 상기 코일에 흐르는 전류와 값(2π)을 승산한 값인 전압이 100 V 미만이 되도록 자기 인덕턴스를 설정하는 것을 특징으로 하는 에너지 공급용 코일.
제1항에 있어서, 상기 코일의 저항은 100 Ω 미만인 것을 특징으로 하는 에 너지 공급용 코일.
제1항에 있어서, 상기 코일은 신축 가능한 소재에 매립되거나, 혹은 부착되는 것을 특징으로 하는 에너지 공급용 코일.
피검체 내부에 도입되는 피검체 내 도입 장치와, 피검체 외부에 배치되고, 상기 피검체 내 도입 장치에 의해 얻어진 정보를 무선 통신을 거쳐서 취득하는 동시에 상기 피검체 내 도입 장치에 대해 에너지를 공급하는 송수신 장치를 구비한 무선형 피검체 내 정보 취득 시스템이며,

상기 피검체 내 도입 장치는,

소정의 기능을 실행하는 기능 실행 수단과,

상기 기능 실행 수단에 의해 얻어진 정보를 무선 송신하는 무선 수단과,

상기 에너지를 수신하는 에너지 수신 수단과,

상기 송수신 장치는,

상기 무선 수단으로부터 송신된 정보를 수신하는 무선 수신 수단과,

상기 피검체 내 도입 장치가 통과하는 피검체 부분의 외부에 권취되고, 이 권취에 의해 형성된 코일의 내부 공간에 상기 피검체 내 도입 장치가 배치되고, 상기 에너지 수신 수단에 대해 에너지를 공급하는 에너지 공급용 코일을 포함하는 에너지 공급 수단과,

수신한 정보를 해석하는 처리 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 무선형 피 검체 내 정보 취득 시스템.
제13항에 있어서, 상기 코일의 피치는 거의 일정한 것을 특징으로 하는 무선형 피검체 내 정보 취득 시스템.
제13항에 있어서, 상기 코일은 복수의 루프와 각 루프의 급전점을 공통 접속하는 급전선을 구비한 것을 특징으로 하는 무선형 피검체 내 정보 취득 시스템.
제13항에 있어서, 상기 코일은 각각 개별적으로 급전되는 1 권취 이상의 코일에 의해 상기 내부 공간을 형성하는 코일군인 것을 특징으로 하는 무선형 피검체 내 정보 취득 시스템.
제16항에 있어서, 피검체 내 도입 장치의 위치에 따라서 상기 코일군의 임의의 코일에 대해 급전하는 급전 제어 수단을 더 구비한 것을 특징으로 하는 무선형 피검체 내 정보 취득 시스템.
제13항에 있어서, 상기 코일의 직경은 상기 피검체의 몸통의 직경과 거의 동일한 것을 특징으로 하는 무선형 피검체 내 정보 취득 시스템.
제13항에 있어서, 상기 내부 공간을 형성하는 코일의 축방향 길이에 대한 상 기 코일의 반경의 비는 0.1 내지 3인 것을 특징으로 하는 무선형 피검체 내 정보 취득 시스템.
제13항에 있어서, 상기 코일의 구동 주파수는 1 MHz 미만인 것을 특징으로 하는 무선형 피검체 내 정보 취득 시스템.
제13항에 있어서, 상기 코일에 공급되는 전압은 100 V 미만인 것을 특징으로 하는 무선형 피검체 내 정보 취득 시스템.
제13항에 있어서, 상기 코일의 구동 주파수와 상기 코일의 자기 인덕턴스와 상기 코일에 흐르는 전류와 값(2π)을 승산한 값인 전압이 100 V 미만이 되도록 자기 인덕턴스를 설정하는 것을 특징으로 하는 무선형 피검체 내 정보 취득 시스템.
제13항에 있어서, 상기 코일의 저항은 100 Ω 미만인 것을 특징으로 하는 무선형 피검체 내 정보 취득 시스템.
제13항에 있어서, 상기 코일은 신축 가능한 소재에 매립되거나, 혹은 부착되는 것을 특징으로 하는 무선형 피검체 내 정보 취득 시스템.